数字电路逻辑设计课件—集成触发器

第第 五五 章章 2本章知识要点本章知识要点 基本概念基本概念 基本基本RS触发器触发器 简单钟控触发器简单钟控触发器 主从钟控触发器主从钟控触发器 边沿钟控触发器边沿钟控触发器3触发器的基本概念触发器的基本概念 为为了了构构造造实实现现各各种种功功能能的的逻逻辑辑电电路路，除除了了需需要要实实现现逻逻辑辑运算的逻辑门之外，运算的逻辑门之外，还需要有能够保存信息的逻辑器件。还需要有能够保存信息的逻辑器件。触发器触发器:是一种具有记忆功能的电子器件。是一种具有记忆功能的电子器件。触发器结构：触发器结构：逻辑门加上适当的反馈线。逻辑门加上适当的反馈线。触发器能用来存储一位二进制信息。集成触发器的种类触发器能用来存储一位二进制信息。集成触发器的种类很多，分类方法也各不相同。很多，分类方法也各不相同。本章介绍几种最常用的集成触发器，重点掌握它们的外本章介绍几种最常用的集成触发器，重点掌握它们的外部工作特性。部工作特性。4 有两个互补的输出端有两个互补的输出端 Q Q 和和 。有两个稳定状态。通常将有两个稳定状态。通常将 Q Q=1和和 称为称为“1”状态，状态，而把而把Q Q=0和和 称为称为0 状态。当输入信号不发生变化时，状态。当输入信号不发生变化时，触发器状态稳定不变。触发器状态稳定不变。在一定输入信号作用下，触发器可以从一个稳定状态在一定输入信号作用下，触发器可以从一个稳定状态转移到另一个稳定状态。转移到另一个稳定状态。现态与次态的概念：现态与次态的概念：现态现态:输入信号作用前的状态，记作输入信号作用前的状态，记作 Q Q n 和和 ,一般简一般简记记 为为 Q Q和和 ；次态次态:输入信号作用后的状态，记作输入信号作用后的状态，记作 Q Qn+1和和 。显然，次态是现态和输入的函显然，次态是现态和输入的函 数。数。触发器的特点触发器的特点5 基本基本R-S（Reset-Set）触发器是直接复位置位触发器的简）触发器是直接复位置位触发器的简称，由于它是构成各种功能触发器的基本部件，故称为基本称，由于它是构成各种功能触发器的基本部件，故称为基本R-S触发器。触发器。一一.用与非门构成的基本用与非门构成的基本R-SR-S触发器触发器 1.组成：组成：由两个与非门交叉耦合构成。由两个与非门交叉耦合构成。图中，图中，R称为置称为置0端或者复位端，端或者复位端，S称称为置为置1端或置位端。端或置位端。逻辑符号输入端加的逻辑符号输入端加的小圆圈表示低电平或小圆圈表示低电平或负脉冲有效。负脉冲有效。5.1 5.1 基本基本R-SR-S触发器触发器6 2.2.工作原理工作原理 (1)(1)若若R=1,S=1R=1,S=1，则触发器保持原来状态不变；，则触发器保持原来状态不变；(2)(2)若若R=1,S=0,R=1,S=0,则触发器置为则触发器置为1 1状态；状态；(3)(3)若若R=0,S=1,R=0,S=1,则触发器置为则触发器置为0 0状态；状态；(4)(4)不允许出现不允许出现R=0,S=0R=0,S=0。73.逻辑功能及其描述逻辑功能及其描述 表中表中“d d”表示触发器次态不确定。该表又称为次态表示触发器次态不确定。该表又称为次态真值表。真值表。与非门构成的基本与非门构成的基本RS触发器功能表触发器功能表R SQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1d01Q不不 定定置置 0置置 1不不 变变（1）功能表）功能表 由与非门构成的由与非门构成的R-SR-S触发器的逻辑功能表如下：触发器的逻辑功能表如下：8（2）状态表）状态表 状态表反映了触发器在输入信号作用下现态与次态之间状态表反映了触发器在输入信号作用下现态与次态之间的转移关系，又称为的转移关系，又称为状态转移表状态转移表。它给出了次态与现态、输。它给出了次态与现态、输入之间的取值关系。入之间的取值关系。与非门构成的与非门构成的RS触发器状态表触发器状态表如下：如下：现态现态Q次态次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=1001dd0001119（3）状态图）状态图 状态图是一种反映触发器两种状态之间转移关系的有向状态图是一种反映触发器两种状态之间转移关系的有向图，又称为图，又称为状态转移图状态转移图。该触发器的状态图如下：。该触发器的状态图如下：图中两个圆圈分别代表触发器的两个稳定状态，箭头表图中两个圆圈分别代表触发器的两个稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁边的标注表示示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁边的标注表示状态转移的条件。状态转移的条件。10 因为因为R、S不允许同时为不允许同时为0，所以输入必须同时满足约，所以输入必须同时满足约束条件：束条件：R+S=1 (约束方程约束方程)用卡诺图化简后，可得到用卡诺图化简后，可得到该触发器的该触发器的次态方程：次态方程：反反映映触触发发器器次次态态与与现现态态和和输输入入之之间间关关系系的的逻逻辑辑函函数数表表达达式式称称为为次次态态方方程程。根根据据状状态态表表，可可画画出出次次态态与与现现态态、输输入入之之间间函数关系的卡诺图。函数关系的卡诺图。现态现态Q次态次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=1001dd000111（4）次态方程）次态方程11与非门基本与非门基本RS触发器功能表触发器功能表R SQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1d01Q不不 定定置置 0置置 1不不 变变 激激励励表表反反映映了了触触发发器器从从现现态态转转移移到到某某种种次次态态时时，对对输输入入信信号号的的要要求求。它它以以触触发发器器的的现现态态和和次次态态作作为为自自变变量量，把把触触发发器器的的输入（或激励）作为因变量。激励表可以由功能表导出。输入（或激励）作为因变量。激励表可以由功能表导出。与非门基本与非门基本RS触发器激励表触发器激励表QQn+1R S0 00 11 01 1d 11 00 11 d（5）激励表）激励表 功能表、状态表、状态图、次态方程和激励表分别从不功能表、状态表、状态图、次态方程和激励表分别从不同角度对触发器的功能进行了描述，它们在时序逻辑电路的同角度对触发器的功能进行了描述，它们在时序逻辑电路的分析和设计中有着不同用途。分析和设计中有着不同用途。12 注注意意：当当输输入入端端S连连续续出出现现多多个个置置1信信号号或或者者输输入入端端R连连续续出出现现多多个个置置0信信号号时时，仅仅第第一一个个信信号号使使触触发发器器翻翻转转，波波形形图如下：图如下：13二二.用或非门构成的基本用或非门构成的基本R-SR-S触发器触发器 1.1.组成：组成：由两个或非门交叉耦合组成。由两个或非门交叉耦合组成。该该电电路路的的输输入入是是正正脉脉冲冲或或高高电电平平有有效效，故故逻逻辑辑符符号号的的输输入端未加小圆圈。入端未加小圆圈。14 2.2.工作原理工作原理R=1,S=1：状态不定；状态不定；R=1,S=0：状态置状态置0；R=0,S=1：状态置状态置1；R=0,S=0：状态不变状态不变。153.逻辑功能及其描述逻辑功能及其描述 表中表中“d d”表示触发器次态不确定。表示触发器次态不确定。或非门构成的基本或非门构成的基本RS触发器功能表触发器功能表R SQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1Q10d不不 变变置置 1置置 0不不 定定（1）功能表）功能表 由或非门构成的由或非门构成的R-SR-S触发器的逻辑功能表如下：触发器的逻辑功能表如下：16（2）状态表）状态表 或非门构成的或非门构成的RS触发器状态表触发器状态表如下：如下：现态现态Q次态次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=10010111dd00（3）状态图）状态图 该触发器的状态图如下：该触发器的状态图如下：17 因为因为R、S不允许同时为不允许同时为1，应满足约束条件：，应满足约束条件：R S=0(约束方程约束方程)用卡诺图化简后，可得到用卡诺图化简后，可得到该触发器的该触发器的次态方程：次态方程：根根据据状状态态表表，可可画画出出次次态态与与现现态态、输输入入之之间间函函数数关系的卡诺图。关系的卡诺图。（4）次态方程）次态方程现态现态Q次态次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=10010111dd0018 由功能表可以导出激励表如下：由功能表可以导出激励表如下：或非门基本或非门基本RS触发器激励表触发器激励表QQn+1R S0 00 11 01 1d 00 11 00 d（5 5）激励表）激励表或非门基本或非门基本RS触发器功能表触发器功能表R SQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1Q10d不不 变变置置 1置置 0不不 定定19 同同样样，当当输输入入端端S连连续续出出现现多多个个置置1信信号号或或者者输输入入端端R连连续续出出现现多多个个置置0信信号号时时，仅仅第第一一个个信信号号使使触触发发器器翻翻转转，波波形形图如下：图如下：优优点点：结结构构简简单单。不不仅仅可可作作为为记记忆忆元元件件独独立立使使用用，而而且且由由于于它它具具有有直直接接复复位位、置置位位功功能能，因因而而被被作作为为各各种种性性能能更更完善的触发器的基本组成部分。完善的触发器的基本组成部分。缺缺点点：输输入入R、S之之间间存存在在约约束束条条件件，且且无无法法对对其其状状态态转换时刻进行统一定时控制，转换时刻进行统一定时控制，20 具具有有时时钟钟脉脉冲冲控控制制的的触触发发器器称称为为“钟钟控控触触发发器器”或或者者“定定时触发器时触发器”。时钟脉冲控制触发器的时钟脉冲控制触发器的工作特点：工作特点：由时钟脉冲确定状态转换的时刻由时钟脉冲确定状态转换的时刻(即何时转换？即何时转换？)；由输入信号确定触发器状态转换的方向由输入信号确定触发器状态转换的方向(即如何转换？即如何转换？)。下面介绍四种最常用的简单钟控触发器。下面介绍四种最常用的简单钟控触发器。5.25.2 简单钟控触发器简单钟控触发器21一一.钟控钟控R-SR-S触发器触发器逻辑图和逻辑符号如图逻辑图和逻辑符号如图(a)、（、（b）所示。）所示。1.1.组成组成 由由四四个个与与非非门门构构成成。其其中中，与与非非门门G G1 1、G G2 2构构成成基基本本R-SR-S触触发发器；与非门器；与非门G G3 3、G G4 4组成控制电路，通常称为控制门。组成控制电路，通常称为控制门。22 2 2工作原理工作原理 R=0,S=0：控制门控制门G3、G4的输出均为的输出均为1，状态保持不变；状态保持不变；R=0,S=1：控制门控制门G3、G4的输出分别为的输出分别为1 和和0，置成置成1状态；状态；R=1,S=0：控制门控制门G3、G4的输出分别为的输出分别为0 和和1，置成置成0状态；状态；R=1,S=1：控制门控制门G3、G4的输出均为的输出均为0，状态不确定状态不确定（不允许）（不允许）。当无时钟脉冲作用（即当无时钟脉冲作用（即CP=0CP=0）时，不管）时，不管R R、S S端为何值，两个控制门端为何值，两个控制门的输出均为的输出均为1 1，触发器状态保持不变。，触发器状态保持不变。当当时时钟钟脉脉冲冲到到来来（即即CP=1CP=1）时时，输输入入端端R R、S S的的值值可可以以通通过过控控制制门门作作用于上面的基本用于上面的基本R-SR-S触发器。触发器。具体如下：具体如下：时时钟钟控控制制R-SR-S触触发发器器除除增增加加了了时时钟钟控控制制信信号号外外，其其功功能能和和约约束条件与由或非门构成的束条件与由或非门构成的R-SR-S触发器相同。触发器相同。23 注注意意：时时钟钟控控制制R-SR-S触触发发器器虽虽然然解解决决了了对对触触发发器器工工作作进进行行定定时时控控制的问题，而且具有结构简单等优点，但：制的问题，而且具有结构简单等优点，但：输入信号依然存在约束条件，即输入信号依然存在约束条件，即R R、S S不能同时为不能同时为1 1！在时钟控制触发器中，时钟信号在时钟控制触发